一种辅助对焦方法及装置与流程

本发明涉及光谱检测技术领域，尤其涉及一种辅助对焦方法及装置。

背景技术：

激光诱导击穿光谱技术，通过高能量脉冲激光聚焦样品表面形成等离子体，等离子体能量衰退过程中产生连续的轫致辐射以及内部元素的离子发射线，通过光谱仪采集光谱发射信号，分析谱图中元素对应的特征峰强度即可以用于样品的定性以及定量分析。

在激光诱导击穿光谱的探测中，需要将激光聚焦至待测样品上以激发出光谱信号，激光聚焦点与样品间的距离会影响光谱信号强弱。对表面粗糙的天然样品，激光焦点偏离时会造成探测数据的不稳定甚至失败。成功探测的关键是如何使激发激光精确聚焦在探测目标上。

在实际应用中，反差对焦技术和相位检测对焦技术被广泛应用。反差式对焦通过分析不同位置图像的对比度，以图像对比度是否达到最大作为是否精确对焦的标准，但由于不可避免地存在着对比度比较的过程，因而往往对焦速度较慢。相位检测对焦通过相位检测模块应用，可一次检测即可性获得焦平面位置，但对焦过程受环境光强度影响，在弱光环境下容易导致对焦失败，影响对焦速度。

技术实现要素：

本发明提供了一种辅助对焦方法及装置，提高光谱检测设备的对焦速度，方便光谱检测设备对焦。

根据本发明实施例的第一方面，本发明提供了辅助对焦方法，用于光谱检测设备，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

设置并固定第一激光器，使所述第一激光器的光束通过相机焦点，确定所述第一激光器的光束与相机主轴的夹角为α；

通过所述相机采集所述第一激光器发出的光束在被拍摄物体上的激光点图像；

识别所述激光点图像上的第一激光点；

计算在所述激光点图像上所述第一激光点与所述相机主轴之间距离l，并计算对焦偏移量h，h＝alcotα，a为相机参数；

判定所述第一激光器和第一激光点与所述相机主轴的位置关系，根据所述位置关系确定所述被拍摄物体的对焦偏移位置。

可选的，上述辅助对焦方法中，判定所述第一激光器和第一激光点与所述相机主轴的位置关系，根据所述位置关系确定所述被拍摄物体的对焦偏移位置，具体为：

当所述第一激光器和第一激光点位于所述相机主轴的同侧时，所述焦偏移位置为-alcotα，-表示被拍摄物体靠近相机；

当所述第一激光器和第一激光点位于所述相机主轴的不同侧时，所述焦偏移位置为+alcotα，+表示被拍摄物体远离相机。

根据本发明实施例的第二方面，提供了一种辅助对焦装置，包括第一激光器、带有物方远心镜头的相机和处理器，其中：

所述第一激光器设置在所述相机的光轴侧边，所述第一激光器的光束穿过所述相机的焦点，所述相机连接所述处理器，所述相机用于采集所述激光器发出的光束在被拍摄物体上的激光点图像；

所述处理器包括图像处理模块、对焦偏移量计算模块和对焦偏移位置模块；

所述图像处理模块用于识别所述激光点图像上的第一激光点；所述对焦偏移量计算模块用于计算在所述激光点图像上所述第一激光点与所述相机主轴之间距离l，并计算对焦偏移量h，h＝alcotα，a为相机参数；所述对焦偏移位置模块用于判定所述第一激光器和第一激光点与所述相机主轴的位置关系，根据所述位置关系确定所述被拍摄物体的对焦偏移位置。

可选的，上述辅助对焦装置中，所述对焦偏移位置模块包括第一对焦偏移位置模块和第二焦偏移位置模块；

所述第一对焦偏移位置模块用于当所述第一激光器和第一激光点位于所述相机主轴的同侧时，所述焦偏移位置为-alcotα，-表示被拍摄物体靠近相机；

所述第二焦偏移位置模块用于当所述第一激光器和第一激光点位于所述相机主轴的不同侧时，所述焦偏移位置为+alcotα，+表示被拍摄物体远离相机。

由以上技术方法可见，本发明实施例辅助对焦方法及装置，用于光谱检测设备，设置第一激光器，使第一激光器的光束通过相机焦点，确定对准平面；通过相机采集第一激光器发出的光束在被拍摄物体上的激光点图像，处理图像，计算对焦偏移量，确定对焦偏移位置，根据对准平面与光谱检测设备的对应关系调整光谱检测设备的镜头或被拍摄物体，可辅助实现光谱检测设备实现快速对焦，提高光谱检测设备的对焦速度。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的一种辅助对焦方法的结构流程图；

图2是本申请实施例提供的一种辅助对焦方法的计算原理图；

图3是本申请实施例提供的一种辅助对焦装置的结构示意图；

图4是申请实施例提供的辅助对焦装置的处理器结构。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

本申请实施例提供了一种辅助对焦方法，用于光谱检测设备，辅助光谱检测设备实现快速对焦。参见附图1，具体包括以下步骤：

s101：设置并固定第一激光器，使所述第一激光器的光束通过相机焦点，确定所述第一激光器的光束与相机主轴的夹角为α。

具体的，第一激光器用于产生激光束，将第一激光器设置在相机的一侧，使第一激光器发出的光束通过相机焦点，垂直相机主轴且经过相机焦点的平面为对准平面，相机焦点是第一激光器发出的光束与对准平面的交点。相机主轴是相机镜头的中心线，垂直相机主轴方向可选择垂直向下。在调整好第一激光器位置后固定第一激光器，确定第一激光器的光束与相机主轴的夹角，记作α。确定第一激光器的光束与相机主轴的夹角，可通过计算光束与对准平面的夹角，取此夹角的余角即为α。

s102：通过所述相机采集所述第一激光器发出的光束在被拍摄物体上的激光点图像。

具体的，将被拍摄物体至于相机视野内，如放在载物台上，第一激光器发出的光束照射在被拍摄物体上，在被拍摄物体上形成激光点，通过相机拍摄第一激光器发出的光束在被拍摄物体上的激光点图像。

第一激光器在被拍摄物体上形成激光点可以为点状或十字交叉状，激光颜色看选择红色、蓝色或绿色等，形状以及颜色突出。

此处的载物台可以是在三维空间内可移动的平台，初始时载物台的支撑端面与对准平面平行，三维空间内可移动的平台可方便被拍摄物体的移动。

s103：识别所述激光点图像上的第一激光点。

具体的，进行图像处理，找出激光点图像上的第一激光点，确定第一激光点的中心位置。在第一激光点的光斑光强分布不稳定、不连续，噪声影响较大等，直接采用最大强度法难以达到高精度定位，可以采用图像去噪结合高斯拟合法等确定光斑中心位置。通常会在激光点图像上建立坐标系，找出第一激光点的光斑中心坐标，即确定了第一激光点的光斑中心位置。

s104：计算在所述激光点图像上所述第一激光点与所述相机主轴之间距离l，并计算对焦偏移量h，h＝alcotα，a为相机参数。

具体的，根据步骤s103识别确定出的第一激光点，计算第一激光点与相机主轴在激光点图像上的垂直距离，记作l。可选的，确定图像上相机主轴的坐标，计算相机主轴坐标和第一激光点光斑中心坐标在坐标轴上的垂直距离。根据公式h＝alcotα，计算对焦偏移量h。对焦偏移量是指第一激光器发出的光束照射在被拍摄物体上形成的激光点与对准平面之间的垂直距离，也可认为是指通过激光点与准平面平行的平面与准平面之间的距离，即找出被拍摄物体偏移对准平面的距离。

a为相机参数，如附图2所示，相机采用物方远心成像物镜，孔径光阑在其像方焦平面上，主光线成像如附图2所示，其中

s105：判定所述第一激光器和第一激光点与所述相机主轴的位置关系，根据所述位置关系确定所述被拍摄物体的对焦偏移位置。

因为距离对准平面相等的平面存在两个，在得到对焦偏移量h后，还应确定第一激光器和第一激光点与相机主轴的位置关系。

具体的，当第一激光器和第一激光点位于相机主轴的同侧时，所述焦偏移位置为-alcotα，-表示被拍摄物体靠近相机，如附图2中所示的偏离位置ⅱ；当第一激光器和第一激光点位于相机主轴的不同侧时，所述焦偏移位置为+alcotα，+表示被拍摄物体远离相机，如附图2中所示的偏离位置ⅰ。在第一激光点于相机主轴重合的时候说明被拍摄物体在相机的焦点上。

建立相机焦点与光谱检测设备焦点的联系，如光谱检测设备焦点与相机焦点重合，根据得到的焦偏移位置，控制移动载物台，使被拍摄物体移动至相机焦点即光谱检测设备焦点，完成光谱检测设备对焦。本申请实施例辅助对焦方法，用于光谱检测设备，设置第一激光器，使第一激光器的光束通过相机焦点，确定对准平面；通过相机采集第一激光器发出的光束在被拍摄物体上的激光点图像，处理图像，计算对焦偏移量，确定对焦偏移位置，根据对准平面与光谱检测设备的对应关系调整光谱检测设备的镜头或被拍摄物体，可辅助实现光谱检测设备实现快速对焦，提高光谱检测设备的对焦速度。

基于本申请实施例提供的辅助对焦方法，本申请还提供了一种辅助对焦装置，辅助对焦装置的结构如附图3所示，所述辅助对焦装置包括第一激光器、带有物方远心镜头的相机和处理器，其中：

所述第一激光器设置在所述相机的光轴侧边，所述第一激光器的光束穿过所述相机的焦点，所述相机连接所述处理器，所述相机用于采集所述激光器发出的光束在被拍摄物体上的激光点图像；

所述处理器包括图像处理模块、对焦偏移量计算模块和对焦偏移位置模块；

所述图像处理模块用于识别所述激光点图像上的第一激光点；所述对焦偏移量计算模块用于计算在所述激光点图像上所述第一激光点与所述相机主轴之间距离l，并计算对焦偏移量h，h＝alcotα，a为相机参数；所述对焦偏移位置模块用于判定所述第一激光器和第一激光点与所述相机主轴的位置关系，根据所述位置关系确定所述被拍摄物体的对焦偏移位置。

处理器可以与光谱检测设备共用一台电脑。

进一步，本申请实施例提供的辅助对焦装置中，所述对焦偏移位置模块包括第一对焦偏移位置模块和第二焦偏移位置模块；

所述第一对焦偏移位置模块用于当所述第一激光器和第一激光点位于所述相机主轴的同侧时，所述焦偏移位置为-alcotα，表示被拍摄物体靠近相机；

所述第二焦偏移位置模块用于当所述第一激光器和第一激光点位于所述相机主轴的不同侧时，所述焦偏移位置为+alcotα，+为被拍摄物体远离相机。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未发明的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。